JP3140038B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上に利用分野） 本発明は半導体発光素子に関し、特に電極の取り出し
方向に特徴を持たせた半導体発光素子に関する。
方向に特徴を持たせた半導体発光素子に関する。
（発明の背景） 近時、GaAsなどの化合物半導体の研究が盛んに行われ
ている。化合物半導体は、シリコンなどの半導体に比べ
て機能的および性能的にすぐれているが、良質で大面積
の単結晶基板を得にくいという問題がある。そこで、良
質で大面積化が可能なシリコン基板上に、GaAs膜を成長
させて機能的に性能的に優れ且つ大面積化が可能な半導
体装置を製作することが種々試みられているが、未だデ
バイスに応用された例は報告されていない。
ている。化合物半導体は、シリコンなどの半導体に比べ
て機能的および性能的にすぐれているが、良質で大面積
の単結晶基板を得にくいという問題がある。そこで、良
質で大面積化が可能なシリコン基板上に、GaAs膜を成長
させて機能的に性能的に優れ且つ大面積化が可能な半導
体装置を製作することが種々試みられているが、未だデ
バイスに応用された例は報告されていない。
従来、シリコン基板上にGaAs膜などの半導体膜を堆積
する場合、シリコン基板と半導体膜との熱膨張係数の相
違に起因して基板が反るのを防止したり、半導体膜中に
クラック（微細な亀裂）が発生するのを防止するため
に、選択成長法で半導体膜を堆積することが試みられて
いる。
する場合、シリコン基板と半導体膜との熱膨張係数の相
違に起因して基板が反るのを防止したり、半導体膜中に
クラック（微細な亀裂）が発生するのを防止するため
に、選択成長法で半導体膜を堆積することが試みられて
いる。
この選択成長法は、第６図に示すように、シリコン基
板11上に酸化シリコン膜などから成る絶縁膜12を形成
し、この絶縁膜12に島状の透孔部13を形成し、この島状
の透孔部13部分にのみ半導体膜14を成長させるものであ
る。
板11上に酸化シリコン膜などから成る絶縁膜12を形成
し、この絶縁膜12に島状の透孔部13を形成し、この島状
の透孔部13部分にのみ半導体膜14を成長させるものであ
る。
この場合、半導体膜14は、複数列に形成して最後に列
ごとに切断（ダイシング）して、デバイス（第６図に示
す状態のもの）が完成するするように形成されるが、切
断面に凹凸が発生するのを防止したり、シリコン基板11
に微細な亀裂が発生するを防止するために、シリコン基
板11の（011）面もしくは（011）面方向にシリコン基板
11を切断しなければならない。
ごとに切断（ダイシング）して、デバイス（第６図に示
す状態のもの）が完成するするように形成されるが、切
断面に凹凸が発生するのを防止したり、シリコン基板11
に微細な亀裂が発生するを防止するために、シリコン基
板11の（011）面もしくは（011）面方向にシリコン基板
11を切断しなければならない。
したがって、半導体膜14は、シリコン基板11の（01
1）面方向と等価な方向に列状となるように形成する必
要がある。このように半導体膜14をシリコン基板11の
（011）面方向と等価な方向に配列させると、上記電極1
5は半導体膜14上から半導体膜14の端面を通過して、シ
リコン基板11の（０１）面方向に沿った方向に延びる
ように形成されることになる。
1）面方向と等価な方向に列状となるように形成する必
要がある。このように半導体膜14をシリコン基板11の
（011）面方向と等価な方向に配列させると、上記電極1
5は半導体膜14上から半導体膜14の端面を通過して、シ
リコン基板11の（０１）面方向に沿った方向に延びる
ように形成されることになる。
ところが、シリコン基板11の（０１）面方向に沿っ
た方向の半導体膜14の端面は、第７図に拡大して示すよ
うに、凹凸部が多く存在し、しかもシリコン基板11の近
傍は逆テーパー状になる。このような状態の半導体膜14
端面に、上部電極層15を形成すると上部電極層15が断線
するという問題を誘発する。
た方向の半導体膜14の端面は、第７図に拡大して示すよ
うに、凹凸部が多く存在し、しかもシリコン基板11の近
傍は逆テーパー状になる。このような状態の半導体膜14
端面に、上部電極層15を形成すると上部電極層15が断線
するという問題を誘発する。
本発明は、このような背景のもとに案出されたもので
あり、シリコン基板上に、端面に良好なファセット面が
現れるように半導体膜を形成して、このファセット面に
電極を形成することによって電極の破断などを防止した
半導体発光素子を提供することを目的とするものであ
る。
あり、シリコン基板上に、端面に良好なファセット面が
現れるように半導体膜を形成して、このファセット面に
電極を形成することによって電極の破断などを防止した
半導体発光素子を提供することを目的とするものであ
る。
（発明の構成） 本発明によれば、シリコン基板上に絶縁膜を形成し、
この絶縁膜に島状の透孔部を形成し、この透孔部のシリ
コン基板上に半導体膜を堆積させ、この半導体膜上から
前記絶縁膜上に延びる電極を有する半導体発光素子にお
いて、前記絶縁膜の透孔部がシリコン基板の（011）面
方向に対して斜めの辺を有し、この辺に沿った半導体膜
の端面部分に前記電極が形成されていることを特徴とす
る半導体発光素子が形成され、そのことにより上記目的
が達成される。
この絶縁膜に島状の透孔部を形成し、この透孔部のシリ
コン基板上に半導体膜を堆積させ、この半導体膜上から
前記絶縁膜上に延びる電極を有する半導体発光素子にお
いて、前記絶縁膜の透孔部がシリコン基板の（011）面
方向に対して斜めの辺を有し、この辺に沿った半導体膜
の端面部分に前記電極が形成されていることを特徴とす
る半導体発光素子が形成され、そのことにより上記目的
が達成される。
（作用） 上記のように形成することにより、絶縁膜の透孔部の
シリコン基板の（001）面方向に平行な辺に沿って半導
体膜のファッセット面を形成でき、このファセット面に
電極を形成できるようになることから、電極の破断など
が防止できる。
シリコン基板の（001）面方向に平行な辺に沿って半導
体膜のファッセット面を形成でき、このファセット面に
電極を形成できるようになることから、電極の破断など
が防止できる。
（実施例） 以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
第１図は、本発明に係る半導体発光素子の一実施例を
示す概略図であり、１はシリコン基板である。
示す概略図であり、１はシリコン基板である。
前記シリコン基板１は、（100）面もしくは（100）面
が（011）面側に例えば２゜傾斜したような面が表面と
なるように切り出された単結晶基板で構成される。この
シリコン基板１は、従来周知の単結晶製造法によって形
成される。
が（011）面側に例えば２゜傾斜したような面が表面と
なるように切り出された単結晶基板で構成される。この
シリコン基板１は、従来周知の単結晶製造法によって形
成される。
前記シリコン基板１上は、酸化シリコン膜（SiOx）ま
たは窒化シリコン膜（SixNy）などから成る絶縁膜２が
形成される。この絶縁膜２は、シランガス（SiH4）と笑
気ガス（N2O）あるいはアンモニアガス（NH3）ガスとを
グロー放電分解して堆積するプラズマCVD法で形成され
る。なお、絶縁膜２上へのGaAs粒子の析出を抑制するに
は、絶縁膜２としては窒化シリコン膜よりも酸化シリコ
ン膜のほうが好適である。
たは窒化シリコン膜（SixNy）などから成る絶縁膜２が
形成される。この絶縁膜２は、シランガス（SiH4）と笑
気ガス（N2O）あるいはアンモニアガス（NH3）ガスとを
グロー放電分解して堆積するプラズマCVD法で形成され
る。なお、絶縁膜２上へのGaAs粒子の析出を抑制するに
は、絶縁膜２としては窒化シリコン膜よりも酸化シリコ
ン膜のほうが好適である。
この絶縁膜２の略中央部には、シリコン基板１の一部
が露出するように五角形状の透孔部３がシリコン基板１
の（011）面方向と等価な方向に一列状に形成されてい
る。すなわち、この五角形は、シリコン基板１の（01
1）面方向と平行な二つの辺3a、3bと、シリコン基板１
の（011）面方向と平行な二つの辺3c、3dと、シリコン
基板１の（001）面方向と平行な一つの辺3eで構成され
ている。この透孔部３は、二つの辺3a、3dの長さが60〜
70μｍ程度となるように形成される。このような寸法の
透孔部３を形成して非透孔部（非選択部）と透孔部（選
択部）との面積比が１対３以上となるように形成する。
すなわち、シリコン基板１上に絶縁膜２を形成してGaAs
を選択的に堆積させると絶縁膜２上にもGaAsが多結晶ま
たは粒子性成長し、絶縁膜２上に析出したGaAs粒子が成
長中のGaAs膜に付着してGaAs膜自体が異常成長すること
が知られているが、選択部の面積を大きくして非選択部
すなわち絶縁膜２の面積を小さくすると絶縁膜２上への
GaAs粒子の析出が減少してGaAs膜の異常成長が防止でき
る。このような透孔部３は、HF/NH4溶液などのエッチン
グ液を使用したフォトリソ技術で形成される。
が露出するように五角形状の透孔部３がシリコン基板１
の（011）面方向と等価な方向に一列状に形成されてい
る。すなわち、この五角形は、シリコン基板１の（01
1）面方向と平行な二つの辺3a、3bと、シリコン基板１
の（011）面方向と平行な二つの辺3c、3dと、シリコン
基板１の（001）面方向と平行な一つの辺3eで構成され
ている。この透孔部３は、二つの辺3a、3dの長さが60〜
70μｍ程度となるように形成される。このような寸法の
透孔部３を形成して非透孔部（非選択部）と透孔部（選
択部）との面積比が１対３以上となるように形成する。
すなわち、シリコン基板１上に絶縁膜２を形成してGaAs
を選択的に堆積させると絶縁膜２上にもGaAsが多結晶ま
たは粒子性成長し、絶縁膜２上に析出したGaAs粒子が成
長中のGaAs膜に付着してGaAs膜自体が異常成長すること
が知られているが、選択部の面積を大きくして非選択部
すなわち絶縁膜２の面積を小さくすると絶縁膜２上への
GaAs粒子の析出が減少してGaAs膜の異常成長が防止でき
る。このような透孔部３は、HF/NH4溶液などのエッチン
グ液を使用したフォトリソ技術で形成される。
絶縁膜２が被着されたシリコン基板１をMOCVD装置内
に搬入して透孔部３のシリコン基板１上に半導体膜を堆
積させる。この半導体膜は、例えば一導電型半導体不純
物を含有するGaAs膜、一導電型半導体不純物を含有する
AlxGa1-xAs膜、逆導電型半導体不純物を含有するAlyGa
1-yAs膜、逆導電型半導体不純物を含有するAlzGa1-zAs
膜、および逆導電型半導体不純物を含有するGaAs膜を順
次積層した半導体膜などで構成される。このような半導
体膜は、TMGaガス、TMAlガス、TMAsガス、および半導体
不純物用ガスなどを所定流量比に設定したMOCVD法など
で形成される。
に搬入して透孔部３のシリコン基板１上に半導体膜を堆
積させる。この半導体膜は、例えば一導電型半導体不純
物を含有するGaAs膜、一導電型半導体不純物を含有する
AlxGa1-xAs膜、逆導電型半導体不純物を含有するAlyGa
1-yAs膜、逆導電型半導体不純物を含有するAlzGa1-zAs
膜、および逆導電型半導体不純物を含有するGaAs膜を順
次積層した半導体膜などで構成される。このような半導
体膜は、TMGaガス、TMAlガス、TMAsガス、および半導体
不純物用ガスなどを所定流量比に設定したMOCVD法など
で形成される。
この場合、上記一導電型半導体不純物を含有するGaAs
膜は、第２図に示すようなチャートにしたがって二段階
成長法や熱サイクル法などを適宜採用して１〜３μｍ程
度の厚みに形成される。すなわち、シリコン基板１をMO
CVD装置内に搬入してH2ガスのみを導入し900〜1000℃で
一旦加熱（第２図中にＡ部参照）した後に、400〜450℃
に下げてAsH3ガスとTMGa（Ma）ガスを装置内に導入して
GaAs膜を200〜400Å程度成長させる（第２図のＢ部参
照）とともに600〜750℃に上げてさらに0.8〜2.8μｍ程
度GaAs膜を成長させ（二段階成長法、第２図のＣ部参
照）、次に300〜900℃で温度を上下（熱サイクル）させ
ることにより形成する。このように二段階成長法や熱サ
イクル法などを適宜採用してGaAs膜を形成することによ
り、シリコン基板をGaAs膜の格子定数の相違に起因する
転位を極力防止する。
膜は、第２図に示すようなチャートにしたがって二段階
成長法や熱サイクル法などを適宜採用して１〜３μｍ程
度の厚みに形成される。すなわち、シリコン基板１をMO
CVD装置内に搬入してH2ガスのみを導入し900〜1000℃で
一旦加熱（第２図中にＡ部参照）した後に、400〜450℃
に下げてAsH3ガスとTMGa（Ma）ガスを装置内に導入して
GaAs膜を200〜400Å程度成長させる（第２図のＢ部参
照）とともに600〜750℃に上げてさらに0.8〜2.8μｍ程
度GaAs膜を成長させ（二段階成長法、第２図のＣ部参
照）、次に300〜900℃で温度を上下（熱サイクル）させ
ることにより形成する。このように二段階成長法や熱サ
イクル法などを適宜採用してGaAs膜を形成することによ
り、シリコン基板をGaAs膜の格子定数の相違に起因する
転位を極力防止する。
第３図は、シリコン結晶の面方位を示す図である。第
１図に示すような形状を有する透孔部３に半導体膜を成
長させるとシリコン基板１の面方位に連続して半導体膜
が成長することから、例えばシリコン基板１の（100）
面上に、半導体膜を選択的に堆積させると、第１図に示
す透孔部３の辺3eに沿ってファセット状の（101）面が
メサ構造となって現れることになる。
１図に示すような形状を有する透孔部３に半導体膜を成
長させるとシリコン基板１の面方位に連続して半導体膜
が成長することから、例えばシリコン基板１の（100）
面上に、半導体膜を選択的に堆積させると、第１図に示
す透孔部３の辺3eに沿ってファセット状の（101）面が
メサ構造となって現れることになる。
第４図は、シリコン基板１の結晶の面方位と表面側電
極層５の取り出し方向を説明するための図である。
極層５の取り出し方向を説明するための図である。
シリコン基板１上に、半導体膜４をシリコン基板１の
（011）面方向に沿って配列されるように形成する。半
導体膜４端面にファッセット状の（101）面4aが現れ、
この（101）面4a上を表面電極層５が通過するように半
導体膜４上から絶縁膜２上に形成する。なお、この表面
側電極層５は、例えばクロム（Cr）と金（Au）などの二
層構造のものなどで構成され、真空蒸着法などにより厚
み2000Å程度に形成される。なお、裏面電極層は、図示
されていないがシリコン基板１の裏面側に形成される。
（011）面方向に沿って配列されるように形成する。半
導体膜４端面にファッセット状の（101）面4aが現れ、
この（101）面4a上を表面電極層５が通過するように半
導体膜４上から絶縁膜２上に形成する。なお、この表面
側電極層５は、例えばクロム（Cr）と金（Au）などの二
層構造のものなどで構成され、真空蒸着法などにより厚
み2000Å程度に形成される。なお、裏面電極層は、図示
されていないがシリコン基板１の裏面側に形成される。
上記実施例では、表面電極５を一方向にのみ引き出す
ことについて述べたが、第５図に示すように、隣接する
半導体膜４′には半導体膜４のファッセット面4aと対向
する部分にファッセット面4a′が形成されるように半導
体膜４′を形成して対向する方向に交互に電極５′を引
き出すようにしてもよい。このように隣接する半導体膜
４、４′を形成することにより、電極の取り出し方向を
変えることができ、隣接する電極の短絡を効果的に防止
できるようになる。また、同じ半導体膜４から両方向に
電極を取り出すようにしてもよい。
ことについて述べたが、第５図に示すように、隣接する
半導体膜４′には半導体膜４のファッセット面4aと対向
する部分にファッセット面4a′が形成されるように半導
体膜４′を形成して対向する方向に交互に電極５′を引
き出すようにしてもよい。このように隣接する半導体膜
４、４′を形成することにより、電極の取り出し方向を
変えることができ、隣接する電極の短絡を効果的に防止
できるようになる。また、同じ半導体膜４から両方向に
電極を取り出すようにしてもよい。
（発明の効果） 以上のように、本発明に係る半導体発光素子によれ
ば、シリコン基板上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜に島
状の透孔部を形成し、この透孔部のシリコン基板上に半
導体膜を堆積させ、この半導体膜上から前記絶縁膜上に
延びる電極を有する半導体発光素子において、前記絶縁
膜の透孔部がシリコン基板の（011）面方向に対して斜
めの辺を有し、この辺に沿って堆積した半導体膜部分に
前記電極が形成されていることから、シリコン基板上に
半導体膜を形成した場合でも、半導体膜の端面にファセ
ット面が現れ、このファッセット面に電極を形成するこ
とによって電極の破断などを防止した半導体発光素子を
提供することができる。
ば、シリコン基板上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜に島
状の透孔部を形成し、この透孔部のシリコン基板上に半
導体膜を堆積させ、この半導体膜上から前記絶縁膜上に
延びる電極を有する半導体発光素子において、前記絶縁
膜の透孔部がシリコン基板の（011）面方向に対して斜
めの辺を有し、この辺に沿って堆積した半導体膜部分に
前記電極が形成されていることから、シリコン基板上に
半導体膜を形成した場合でも、半導体膜の端面にファセ
ット面が現れ、このファッセット面に電極を形成するこ
とによって電極の破断などを防止した半導体発光素子を
提供することができる。
第１図は本発明に係る半導体発光素子のシリコン基板と
絶縁膜との関係の一例を示す図、第２図は同じく半導体
膜を堆積させるための温度条件を示す図、第３図はシリ
コン基板の面方位を説明するための図、第４図はシリコ
ン基板の面方位を電極の取り出し方向を説明するための
図、第５図は他の実施例を説明するための図、第６図は
従来の半導体発光素子を示す図、第７図は従来の半導体
発光素子の部分拡大図である。 1;シリコン基板、2;絶縁膜 3;透孔部、4;半導体膜 4;表面電極層
絶縁膜との関係の一例を示す図、第２図は同じく半導体
膜を堆積させるための温度条件を示す図、第３図はシリ
コン基板の面方位を説明するための図、第４図はシリコ
ン基板の面方位を電極の取り出し方向を説明するための
図、第５図は他の実施例を説明するための図、第６図は
従来の半導体発光素子を示す図、第７図は従来の半導体
発光素子の部分拡大図である。 1;シリコン基板、2;絶縁膜 3;透孔部、4;半導体膜 4;表面電極層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−88783（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−79282（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−107885（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−226673（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−12968（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−14480（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−190287（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−50822（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 H01L 21/205
Claims (1)
- 【請求項１】シリコン基板上に絶縁膜を形成し、この絶
縁膜に島状の透孔部を形成し、この透孔部のシリコン基
板上に半導体膜を堆積させ、この半導体膜上から半導体
膜の端面を通過して前記絶縁膜上に延びる電極を有する
半導体発光素子において、前記絶縁膜の透孔部がシリコ
ン基板の（011）面方向に対して斜めの辺を有し、この
辺に沿った半導体膜の端面部分に前記電極が形成されて
いることを特徴とする半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29651090A JP3140038B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29651090A JP3140038B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04168775A JPH04168775A (ja) | 1992-06-16 |
| JP3140038B2 true JP3140038B2 (ja) | 2001-03-05 |
Family
ID=17834476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29651090A Expired - Fee Related JP3140038B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3140038B2 (ja) |
-
1990
- 1990-10-31 JP JP29651090A patent/JP3140038B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH04168775A (ja) | 1992-06-16 |
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